La chimie du futur
et le futur
de l’humanité

L’exploration scientifique
ne connaît pas de limites

Observez les applications ingénieuses qui peuplent votre vie quotidienne: nombre d’entre elles sont le fruit de cerveaux qui réfléchissent non en termes de produits, mais d’univers et de nanoparticules. « L’exploration scientifique ne connaît pas de limites », disait Ernest Solvay. Ce message d’espoir peut sauver notre planète.

Ernest Solvay
pas de diplôme mais une âme de scientifique

Ernest Solvay est considéré comme l’un des plus grands industriels que notre pays ait connus. Le légendaire fondateur de l’empire Solvay n’a jamais décroché de diplôme de chimie – il a manqué son inscription à l’université en raison d’une maladie pulmonaire – mais il s’agissait d’un scientifique dans l’âme. Voici un siècle et demi, il a développé dans sa cave un procédé permettant de produire à grande échelle du carbonate de sodium, autrement appelé la soude, à partir d’ammoniaque. Or, la révolution industrielle avait fait exploser la consommation de soude, employée dans la production de verre.

Solvay multinationale
high-tech made in Belgium

L’entreprise créée par Ernest et son frère Alfred en 1863 a rapidement connu un succès considérable. Elle incarnait même l’une des plus grandes multinationales au monde avant la Première Guerre mondiale. Aujourd’hui, le groupe de chimie et de matériaux coté en Bourse emploie 27.000 personnes dans 58 pays. Voilà cinq ans, le principal débouché de Solvay était encore l’industrie de la transformation du verre. Désormais, des constructeurs d’avions et des fabricants de smart devices utilisent ses substituts aux métaux dans des applications de haute technologie.

Quand la science
devient poésie

Ernest Solvay n’apprécierait sans doute pas que l’on se souvienne de lui pour son seul parcours, bien qu’il soit tout à fait impressionnant. Doté d’un esprit des plus ouverts et désireux d’explorer le monde, il a profité de l’indépendance financière que lui avait apportée son succès dans les affaires pour se consacrer à sa passion pour la science.

Son plus bel héritage reste les grandes conférences scientifiques organisées en Belgique presque chaque année depuis 1911. Lors des Congrès Solvay, les cerveaux les plus brillants du monde débattent d’un sujet scientifique fondamental. Pour aider la science à progresser, ils n’hésitent pas à remettre en cause leurs travaux mutuels dans des échanges riches en émotions. « Certains sont capables de fournir, à un problème extrêmement complexe, une explication fondamentale si concise et claire que c’en devient presque de la poésie. Puis une discussion enflammée s’engage. La concentration d’énergie, de passion et d’intensité qui caractérise ces moments est portée par une profonde curiosité envers la manière dont la nature se compose. C’est une aventure humaine incroyable », souligne Jean-Marie Solvay. Il dirige les International Solvay Institutes for Physics and Chemistry fondés par son arrière-arrière-grand-père en 1912. Depuis 1970, ils sont établis sur les campus de la VUB et de l’ULB.

Jean-Marie Solvay

Les antichambres
Bruxelloises
du prix Nobel

En ce mois d’octobre, plusieurs savants se sont réunis à Bruxelles afin de se pencher sur le thème « La physique de la matière vivante: espace, temps et information en biologie ». Les thèmes des Congrès Solvay, qui ont traditionnellement lieu à l’hôtel Métropole, se lisent comme une longue liste de percées scientifiques. C’est par exemple au congrès de 1953 que le monde a entendu parler pour la première fois de la double structure hélicoïdale de la molécule d’ADN, essentielle à l’analyse du matériel génétique humain. « Une grande partie du succès de ces Congrès s’explique par l’innovation ouverte et la possibilité d’envisager un problème sous une perspective différente: une année sous l’angle de la chimie, l’année suivante sous celui de la physique. Ce sont ces regards variés qui permettent d’avancer », assure Jean-Marie Solvay.

Un rassemblement
de génies sans égal

  • 1911
  • 1913
  • 1924
  • 1927
  • 1930
  • 1933
  • 1951
  • 1954
  • 1958
  • 1961
  • 1964
  • 1967
  • 1970
  • 1973
  • 1982
  • 1984
  • 1998
  • 2001
  • 2005
  • 2008
  • 2011
  • 2014

Les livres d’histoire ont tout particulièrement retenu le congrès de 1927, placé sous le signe d’une théorie quantique à peine formulée, avec Albert Einstein et Niels Bohr sur le devant de la scène. La base philosophique de la théorie posait des problèmes au premier. Il ne pouvait accepter que le calcul des probabilités y joue un rôle, d’où sa célèbre déclaration: « Dieu ne joue pas aux dés. »

Jamais peut-être autant d’esprits aussi brillants n’ont été rassemblés que durant cette dernière semaine d’octobre 1927. Sur les 29 personnes présentes, 17 recevront un prix Nobel. Certains noms résonnent encore : Bohr et Einstein bien sûr, mais aussi Marie Curie (rayonnement radioactif dans le traitement du cancer), Werner Heisenberg (principe de l’incertitude), Erwin Schrödinger (le chat de Schrödinger), Max Planck (théorie quantique) et Hendrik Lorentz (électron).

La Belgique y avait un éminent représentant en la personne de Georges Lemaître (1894-1966). Cette année-là, le chanoine et cosmologue avait découvert que l’univers n’était pas constant et immuable, mais en expansion. Simultanément, cela signifiait que l’univers devait être né un jour quelque part. Georges Lemaître est ainsi le père du Big Bang. Il s’est d’abord heurté à Albert Einstein parce que sa théorie ne correspondait pas à celle de la relativité générale. Plus tard, le physicien d’origine allemande reconnaîtra que le Belge avait raison.

Pas de GPS sans recherche fondamentale

La plupart des scientifiques qui assistent aux Congrès Solvay ne se consacrent pas en priorité à des problèmes pratiques ou à des applications concrètes. Pourtant, celles-ci finissent souvent par naître de leurs travaux. Les recherches sur le système de navigation GPS, qui ont débuté dans les années 60, se fondaient sur la théorie de la relativité restreinte de 1905. Des découvertes en chimie théorique ont notamment permis l’invention de matériaux composites aux caractéristiques comparables à celles de l’acier, pour un poids beaucoup plus léger. Avec, à la clé, une réduction drastique de la consommation d’énergie des voitures et des avions.

Une période passionnante
pour les chimistes

La chimie est qualifiée de « science centrale » parce qu’elle exerce une influence radicale sur des spécialités voisines telles que la physique, la science des matériaux et les sciences de la vie. « Nous vivons une époque passionnante. Grâce à la chimie, il est possible de contrôler la structure moléculaire de chaque matière ou presque. De la fabrication de nouveaux médicaments ou polymères aux anodes et cathodes pour les batteries lithium-ion, essentielles au stockage d’énergie verte. La chimie se construit à partir de la base et favorise ainsi l’innovation. Elle aura une influence gigantesque au cours des 20 prochaines années« , s’enthousiasme Peter G. Schultz, président du Scripps Research Institute et du California Institute for Biomedical Research. Ces deux grands sites américains de recherche biomédicale se concentrent sur la thérapie cellulaire pour les cancers et sur des médicaments destinés à soigner la sclérose en plaque, la mucoviscidose et la tuberculose. Son travail a valu à Peter G. Schultz le prestigieux Chemistry of the Future Solvay Prize en 2013.

Elle aura une influence gigantesque au cours des 20 prochaines années

Peter Schultz

Jusqu’il y a peu, les scientifiques se préoccupaient surtout de recherche fondamentale, animés par la curiosité et avides de connaissances. Les applications pratiques provenaient presque exclusivement de l’industrie. Les choses changent. Le monde académique et surtout les jeunes scientifiques montrent un intérêt croissant pour l’impact concret de leurs recherches sur la société. Ce mélange de deux univers, celui des sciences fondamentales et celui des sciences appliquées, complété par une bonne dose de sérendipité, donne souvent lieu à de belles découvertes.

Le monde académique montrent un intérêt croissant pour l’impact concret de leurs recherches sur la société

Ouvrez votre
entreprise

L’ »innovation ouverte », qui consiste à laisser circuler librement les inventions et à produire des nouveautés à partir de collaborations, s’inscrit parfaitement dans la philosophie d’Ernest Solvay. « On ne peut plus innover en restant enfermés entre les murs de son entreprise. Si l’on ne pratique pas l’innovation ouverte, on se heurte aux limites de sa propre technologie. Si elles désirent développer les produits que demandent leurs clients, les entreprises doivent collaborer avec des universités et des instituts de recherche, notamment », prévient Nicolas Cudré-Mauroux, le Suisse à la tête de la Recherche et l’Innovation de Solvay.

Nicolas Cudré-Mauroux

L’innovationScience
appliquée
Science
fondamentale

Innover est « une course »

L’innovation ouverte n’est pas sans risque. Les connaissances accumulées étant accessibles à tout un chacun, des concurrents peuvent imaginer des applications pratiques plus rapidement que celui qui y investit le plus. « C’est une course! », confirme en souriant Nicolas Cudré-Mauroux. Lorsqu’elle développe des solutions, Solvay doit naturellement tenir compte de la réalité économique, mais en gardant à l’esprit l’ensemble du cycle de vie d’un produit. « Un capot de moteur en fibre de carbone est plus coûteux que sa version métallique, parce que les matières premières et la production sont plus chères, mais ce surcoût est amorti après quelques milliers de kilomètres. Le poids plus faible réduit en effet la consommation de carburant. »

Une batterie
d’innovations

Les voitures électriques ne cessent de gagner en popularité. La première Tesla « grand public » a été lancée récemment, et tous les grands constructeurs automobiles ont annoncé qu’ils ne commercialiseraient bientôt que des modèles hybrides ou 100% électriques. La raison de ce succès? L’autonomie. Celle d’une voiture entièrement électrique fluctue autour de 300 km. « Avec notre technologie, nous doublerons leur autonomie au cours des 10 prochaines années – l’industrie automobile compte sur nous« , chiffre Nicolas Cudré-Mauroux, directeur de la Recherche et de l’Iinnovation chez Solvay. Le groupe belge occupe une position-clé dans la technologie des batteries et collabore avec tous les grands constructeurs. Ses polymères et ses formulations à base de lithium se retrouvent dans des composants des batteries des voitures électriques et des smartphones, dont ils améliorent la performance et la sécurité.

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Une batterie
d’innovations

Parmi les innovations made by Solvay, les batteries ne sont pas les seuls éléments qui contribuent à un transport plus propre. L’avion Solar Impulse est particulièrement emblématique de cette dimension. Solvay, premier partenaire du projet, a fourni 6.000 éléments de l’avion qui a accompli un tour du monde à l’énergie solaire. Le géant belge a remplacé le métal présent dans les ailes, les empennages et les moteurs par des matériaux ultralégers, réduisant ainsi la consommation de carburant. Solvay étend cette spécialisation dans des substituts aux métaux à des composites pour les voitures et avions. « La prochaine étape consiste à opérer la synthèse de nos connaissances de ces deux matériaux et à continuer à innover. Nous pourrons ainsi écrire un nouveau chapitre de l’histoire de la technologie des matériaux. L’innovation est indissociablement liée à la durabilité, moteur de la croissance de notre groupe », résume Nicolas Cudré-Mauroux.

La science, havre de paix et
source d’espoir

Ce discours apparemment sans âme cache pourtant une véritable conviction: un être humain qui comprend mieux son environnement est mieux armé pour le modeler. La science constitue également un havre de sécurité dans une époque de doutes. Personne ne peut prévoir le prochain tweet du président américain et ce qui s’ensuivra… Mais la force avec laquelle une pomme tombe d’un arbre à Cambridge est identique à celle qu’Isaac Newton a observée pour élaborer sa théorie de la gravitation en 1687.

Non seulement la science nous rassure, mais elle nous permet d’espérer répondre aux défis auxquels nous serons bientôt confrontés. La population mondiale pourrait dépasser les 10 milliards d’individus d’ici à 2050. Les carburants fossiles, qui assurent toujours une part considérable de notre approvisionnement en énergie, sont en voie d’épuisement. Et la Terre continue de se réchauffer.

La chimie a besoin de
relations publiques

L’humanité attend des scientifiques qu’ils imaginent des solutions pour nourrir tout le monde, accroître la production d’énergie renouvelable et réduire les émissions de CO2. « La bonne nouvelle est que les scientifiques sont à même de tenir ces promesses, à condition de ne pas perdre de temps », indique le professeur de chimie américain Peter G. Schultz. Pas question de se reposer sur ses lauriers sous prétexte que les scientifiques vont « faire le boulot ». Néanmoins, « Les scientifiques ne peuvent pas tout faire. Il s’agit de choix que nous devons poser en tant que société et qui exigent des sacrifices. Malheureusement, ce message ne pénètre pas suffisamment ceux qui doivent prendre des décisions importantes dans ces dossiers, comme les dirigeants politiques et les chefs d’entreprise. Beaucoup d’entre eux sont insuffisamment formés en sciences pour être aptes à estimer la portée réelle de ces problèmes. » Pour son travail, Peter G. Schultz s’est vu décerner le prestigieux Chemistry of the Future Solvay Prize en 2013. Malheureusement, la chimie est confrontée à un problème d’image. « Pour de nombreuses personnes, le terme ‘chimie’ évoque surtout la pollution. Un peu de relations publiques ne ferait pas de mal. Il faut souligner davantage l’impact positif de la chimie sur la vie. »

Peter Schultz

Une voiture
de la taille d’une tête d’épingle

En 2013, le groupe Solvay fêtait son 150e anniversaire en lançant un prix prestigieux. Le Chemistry for the Future Solvay Prize, décerné tous les deux ans, récompense une grande découverte scientifique qui pourra donner forme à la chimie de demain et favoriser le progrès de l’humanité. Cette distinction en recherche fondamentale s’accompagne d’un prix de 300.000 euros.

Le dernier lauréat est le Néerlandais Ben Feringa pour ses recherches sur les robots moléculaires, comme une voiture plus petite qu’une tête d’épingle et qui parcourt des millionièmes de millimètre. Le comité Nobel a lui-même reconnu l’importance de ces travaux, attribuant l’an dernier, au même professeur Feringa, le prix Nobel de chimie.

Chaque année depuis plus de deux décennies, Solvay décerne également des Solvay Awards à des étudiants et jeunes chercheurs en chimie, physique et sciences appliquées d’excellence à l’ULB et à la VUB (Bruxelles). En outre, l’entreprise soutient le prix international remis chaque année à de jeunes chimistes par l’organisation internationale de chimie IUPAC.

Opter fondamentalement
pour la science
fondamentale

Pourtant, la chimie devrait pouvoir vanter plus aisément ses mérites qu’une branche des sciences comme la physique, tout simplement parce que le lien entre la recherche de base et l’innovation concrète est beaucoup plus visible. « Les physiciens regardent les étoiles et les lois théoriques de l’univers. Les chimistes s’intéressent aux molécules et aux propriétés que l’on peut en tirer. Ceci dit, la recherche fondamentale est importante pour les deux branches. Celui qui découvre un nouveau matériau ne le fait pas avec des avions plus légers ou robustes à l’esprit », avance Jean-Marie Solvay.

C’est le cas du prix Nobel Jean-Marie Lehn, de l’université Louis-Pasteur à Strasbourg, également membre du jury du Chemistry of the Future Solvay Prize. « Cela peut sembler brutal, mais pour moi, l’intérêt social de mes découvertes passe après la découverte proprement dite. Sans recherche fondamentale, il est impossible de développer des connaissances et dès lors de créer des applications. Je me suis focalisé sur le premier aspect. Car en définitive, on ne peut pas tout faire! »

Jean-Marie Lehn a reçu le prix Nobel de chimie avec Donald Cram et Charles Pedersen en 1987. Ils ont découvert que la forme tridimensionnelle des molécules était cruciale pour leurs fonctions chimiques et biologiques. Les hormones et les enzymes, par exemple, peuvent s’associer à des cellules comme des clés correspondant à une serrure. Les chercheurs ont également développé des molécules synthétiques capables de reproduire le comportement des enzymes. Cela leur permet notamment de fabriquer des médicaments sur mesure. « Bien que je ne veuille pas m’en charger moi-même, je m’intéresse aux applications qui découlent de mes découvertes », complète le Français.

Jean-Marie Lehn

‘L’homme aussi n’est finalement
qu’un amas de molécules’

« Tout le monde ne doit pas devenir scientifique – notre planète en deviendrait par trop ennuyeuse – mais chacun devrait avoir bénéficié d’une formation scientifique. La physique, ce sont les lois de la nature et de l’univers. La biologie tente de percer les secrets de l’organisme vivant. Et la chimie jette un pont entre les deux. Il serait bon de titiller la curiosité de tous les élèves du secondaire. Si nous nous y prenions bien, nous y parviendrions certainement », affirme Jean-Marie Lehn.

Le grand chimiste français illustre son propos par un exemple concret. « Tout le monde devrait comprendre ce que sont les molécules. Celles-ci sont composées d’atomes comme une maison est faite de briques. La chimie moléculaire s’intéresse à la manière dont on construit des molécules. Cela peut mener à de nouveaux matériaux ou de nouveaux médicaments. Vous pouvez également aller plus loin et commencer à construire avec différentes molécules. Vous entrez alors dans le champ de la chimie supramoléculaire. Tout organisme vivant est un amas de molécules qui interagissent au niveau supramoléculaire. Même l’homme est ainsi fait, bien que cette idée ne soit pas toujours facile à appréhender. »

« Recherche fondamentale et
recherche appliquée vont de pair »

Vincent Ginis voit beaucoup moins de distinction entre la recherche fondamentale et la recherche appliquée. « L’histoire prouve qu’elles vont de pair« , assure le jeune chercheur lié à la VUB et à l’université d’Harvard, qui a fait parler de lui par ses travaux sur l’interaction entre la lumière et la matière. « Il est faux de penser qu’après des années de recherche fondamentale, il faut passer le témoin à des adeptes des sciences appliquées qui en feront quelque chose de concret. Galilée a décrit notre système solaire mais, pour réaliser ce travail de recherche fondamentale, il a d’abord dû construire un télescope. Einstein a eu l’idée de la relativité restreinte lorsqu’il a dû se pencher, alors qu’il travaillait à l’Office des brevets, sur un brevet destiné à améliorer la précision des horloges. »

Vincent Ginis

Plus de science,
moins de fiction

Pour ses travaux, Vincent Ginis a reçu le Solvay Award en 2014, une distinction attribuée à des étudiants et jeunes chercheurs en chimie, physique et ingénierie d’exception. Il illustre cette interpénétration. « Depuis Einstein, nous savons que la lumière, en raison de la courbure de l’univers, peut suivre une trajectoire non rectiligne. C’est également possible dans certaines circonstances, comme à proximité du sol dans le désert: la chaleur beaucoup plus forte y modifie les propriétés matérielles de l’air et courbe la lumière. Mes recherches portent notamment sur les nanoparticules qui peuvent ainsi courber la lumière de manière à rendre des objets invisibles. »

De la science-fiction? De plus en plus de science et de moins en moins de fiction… Les scientifiques réussissent désormais à rendre invisibles des objets statiques en courbant la lumière, à condition que ces objets, tout comme l’observateur, ne bougent pas. De nouvelles percées susceptibles de faire « bouger » cette invisibilité pourraient permettre à des médecins d’opérer sans que leurs mains leur bouchent la vue, ou à des chauffeurs de voir en dépit de l’angle mort de leurs camions.

Appel
à émerveillement

Qu’il s’agisse de science ou de science-fiction, Vincent Ginis déplore le peu d’admiration que ses recherches et sa technologie suscitent au sein du grand public. « Trop souvent, nous trouvons logique que le progrès scientifique apporte des améliorations magiques. Nous ne nous en émerveillons même plus. Comme si une loi de la nature voulait que nos ordinateurs deviennent de plus en plus petits ou que nous puissions regarder des images en trois dimensions. Nous devons inciter les gens à s’arrêter davantage sur la beauté du monde et à l’admirer. »
C’est également le sujet de son allocution de cette année à la remise du Chemistry for the Future Solvay Prize. Vincent Ginis reconnaît que les scientifiques ont leur rôle à jouer en la matière. « Pour mieux informer et impliquer le public, les scientifiques doivent mieux traduire leurs découvertes dans le langage ordinaire. Ils en bénéficieraient d’ailleurs eux aussi. Un langage intelligible, allégé de tout jargon, incite à penser plus clairement et abat les cloisons entre les disciplines. »